Miscellanées scientifiques du mois de mars 2021

Au sommaire : deux chercheurs d'informatique théorique récompensés par le prix Abel et leur algorithme LLL, une scientifique oubliée (Madeleine Veyssié) et la matière molle, Man Ray et les équations shakespeariennes, deux mystères de mars découverts, l'eau et le nuage, une pétition de scientifique contre l'instrumentalisation du doute, le livre du mois : Le monde caché des champignons.

  Les créateurs de l'algorithme LLL récompensé du prix Abel 

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On connait tous le Prix Nobel. Et on sait qu'il n'existe pas de "Prix Nobel de mathématiques". Celui-ci est sensé être remplacé par la "Médaille Field". Ce n'est pas tout a fait le cas, car la médaille Field est surtout sensée récompenser un "jeune chercheur" prometteur. Pour pouvoir la décrocher, il faut en effet avoir moins de 40 ans. Mais il existe un autre prix presque aussi prestigieux, le "prix Abel". Celui ci est sensé plutôt récompenser "l'œuvre de toute une vie".

Pour l'année 2021, ce sont deux mathématiciens Avi Wriderson et Lazlo Lovatz qui sont surtout des spécialistes d'algorithmiques, et en particulier des spécialistes de "cryptographie et cryptanalyse" qui ont depuis peu une importance fondamentale dans une série de secteurs.

Ces deux mathématiciens sont surtout connus pour avoir théorisé l'algorithme "LLL", qui concerne la manipulation de données dans des "graphes et des réseaux" (modèles abstraits susceptibles d'applications multiples) dont nous donnons la représentation ci-dessous.

The Real LLL Algorithm | Download Table

Le terme générique "réseau" définit un ensemble d'entités (objets, personnes, etc.) interconnectées les unes avec les autres. On parle dans ces algorithmes de "réseaux" : ceux-ci ne sont pas les réseaux qu'on pourrait retrouver dans la vie réelle (réseaux informatiques ou réseaux sociaux par exemple) mais une abstraction ou des entités se définissent par les relations qu'elles entretiennent entre elles (d'où la notion de graphe ou de réseaux).

Tout cela détermine une série de propriétés complexes ne dépendant pas au final des propriétés physiques de ce réseau. Mais celles-ci sont quand même "émergentes" et permettent de déterminer des solutions à l'optimum surprenantes. Ces algorithmes sont évidemment largement utilisés par les secteurs de l'informatique et des domaines connexes. Il ne faut donc pas oublier que ce modèle est avant tout un modèle abstrait, susceptible de multiples interprétations. Par exemple, l'algorithme LLL est surtout utilisé dans un contexte de recherche de factorisation, lui-même utilisé abondement dans les algorithmes de cryptographie où on utilise le caractère difficilement réversible de certaines factorisation (le fait de trouver qu'un nombre N est le produit unique de deux nombres premiers N' et N'').

Cet algorithme est surtout utilisé pour "casser" les systèmes basés sur "RSA", un des plus utilisé des systèmes de cryptographie. RSA utilise des systèmes de factorisations complexes. Il est basé sur une représentation abstraite des relations entre diverses entités, un "modèle de graphes" ou de réseaux, dont l'algorithme LLL est un exemple canonique.

Pour celles et ceux qui voudraient approfondir ce dernier point, un document mis a disposition permet de comprendre comment un savoir théorique est utilisé en pratique dans un contexte informatique.

RSA et l'algorithme LLL

Sources :

https://www.pourlascience.fr/sd/mathematiques/le-prix-abel-2021-est-decerne-a-laszlo-lovasz-et-avi-wigderson-21586.php 

https://fr.wikipedia.org/wiki/Algorithme_LLL

https://fr.wikipedia.org/wiki/Chiffrement_RSA

https://nitaj.users.lmno.cnrs.fr/LLLapplic.pdf

Madeleine Veyssié, a l'origine de la "matière molle" 

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On attribue généralement la découverte de la "matière molle" au grand scientifique Pierre Gilles de Gennes. Pourtant c'est bien une de ses collaboratrices qui est à l'origine de ce nouveau territoire de recherche et du mot qui permet d’en parler au grand public : 

« Matière molle » : c’est à l’université d’Orsay, au début des années 1970, que Madeleine Veyssié introduisit ce terme pour désigner tout ce qui va des matières plastiques aux bulles de savon, en passant par les gels, les élastomères, les cristaux liquides, les crèmes cosmétiques, les boues, les pâtes céramiques, etc. Qu’ont donc en commun tous ces matériaux intermédiaires entre les liquides et les solides habituels, dont la liste peut paraître hétéroclite? » 

Les « matières plastiques », les mousses, les colles, les surfaçants (lessives, agents dispersant, etc) mais aussi « cristaux liquides et colloïdes » sont concernés par cette « nouvelle physique si particulière ».  

Les recherches sur la matière molle ont souvent été motivées par des applications nouvelles, mais les chercheurs ont vite réalisé que les progrès découlaient d’une compréhension des lois de comportement de ces matériaux. Les principaux succès ont été obtenus en se plaçant à l’échelle des dimensions intermédiaires, qui correspondent à des assemblages d’un grand nombre de molécules

Source :

http://www.lps.ens.fr/~balibar/matiere-molle.pdf

Man Ray et les equations sheakespeariennes

Les sciences et les arts entretiennent depuis toujours des relations étroites et singulières. Un exemple nous est donné par les travaux réalisés par Man Ray à partir de représentations tridimensionnelles mathématiques disponibles dans les réserves de l'institut Henri Poincarré. 

Ces "représentations tridimensionnelles" permettaient d'incarner dans l'espace des recherches alors fructueuses de la géométrie de l'espace. Cette géométrie connaissait alors une véritable révolution avec l'invention des "géométries non euclidiennes". Celles-ci bousculaient tellement l'univers habituellement bien rangé de la géométrie conventionnelle qu'elle entrainât la construction "matérielle" d'objets mathématiques par nature "abstraits" auquel s'ajoutait tout une série d'objets issus des travaux de la "géométrie descriptive": c'est ces objets, de véritables "sculptures mathématiques" qui vont susciter la curiosité de Man Ray et l'entrainer à construire une véritable œuvre à partir de ces réalités matérielles...

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Ces questions autour de la "géométrie non euclidienne" intéressaient voir passionnaient les surréalistes (dont Man Ray était un membre éminent). On voit souvent les surréalistes comme de purs "littéraires" et on oublie que André Breton et Louis Aragon avaient entrepris des études de médecine avant de bifurquer vers la littérature. Mais la première guerre mondiale avait entaché cette relation entre la science et la vie (la première ayant été instrumentalisée pour détruire la seconde. Dans un premier temps, les surréalistes vont violemment refuser la science. André Breton explicitait d'ailleurs ainsi ses rapports à la science :

Je ne vois pas pourquoi, de si tôt, la science et l'art cesseraient de se regarder en chiens de faïence. Du train où la civilisation est allée, dans une direction qu'après Rousseau et Fourier je tiens pour non nécessaire et même totalement aberrante, je ne vois pas comment pourraient converger les deux routes labyrinthiques de la science et de l'art

http://miller.perso.math.cnrs.fr/ObjetMath/ManRay1.jpg

C'est Man Ray qui redécouvrit les fameuses sculptures lors d'une visite qu'il rendit à l'institut mathématique Henri Poincaré. « Les mathématiques ne m’intéressaient pas beaucoup jusqu’au jour où l’on m’a signalé à Paris des objets mathématiques construits pour expliquer des équations algébriques… » racontera-t-il en 1954. Il eu l'idée d'associer à ces représentations d'entités mathématiques des pièces de William Shakespeare. Il dépoussiéra les objets abandonnés au fond d'une armoire, les mit en valeur, les photographia et les dota d'une nouvelle identité et d'une nouvelle histoire en les dotant d'un nom tiré des œuvres du grand dramaturge anglais.

On peut retrouver l'ensemble de cette passionnante aventure dans un documentaire titré "Man Ray et les équations shakespeariennes" élaboré à partir d'une idée de Cédric Villani et produit par l'institut Henri Poincaré (que le même Villani dirige).

Man Ray et les équations shakespeariennes [Documentaire Scientifique IHP] © Institut Henri Poincaré

Les mystères de mars : l'eau, le nuage

On est toujours en recherche de la vie sur Mars, que ce soit la vie passée (et existante sous forme de fossiles ou de stromatolites) ou d'une forme de vie qui subsisterait de formes de traces (on évoque la présence possible de formes de vie bactériennes dans de la glace salée) même si les questions que cela pose sont loin d’être résolues, mais deux autres mystères qui y sont liés  pourraient avoir résolu, ou en tout cas  les chercheuses et les chercheurs ont suffisamment progressé dans leur résolution pour que celle ci apparaisse comme très facilement atteignable...

La disparition de l'eau liquide sur mars :

représentation artistique d'un passé révolu (quand il y avait de l'eau sur mars)

Et s'il y avait de l'eau oxygénée sur Mars ? Une étude change l'idée qu'on  se fait de la vie sur l'astre rouge

On est maintenant convaincus qu'il y a eu de l'eau sous forme liquide sur Mars. Mais elle a disparu... D’où deux questions : pourquoi a-t-elle disparu, et ou est-elle passée ? 

Une des réponses possibles est que cette eau s'est dissipée "naturellement"  au travers de phénomènes "d'échappement atmosphérique". On désigne par ce dernier phénomène le fait que certains gaz qui forment l'atmosphère d'une planète s"échappent de celle-ci. C'est ce changement qui aurait précipité la disparition de l'eau liquide sur mars (qui y était pourtant présent dans un passé lointain). Ce phénomène existe aussi sur Terre, mais est plus prononcé sur Mars à cause de la faible gravité.

Or on estime que cette explication est insuffisante pour expliquer la déperdition de l'ensemble de l'eau sur la planète rouge. Et qu'elle ne dit rien de la cause de la déperdition (l'eau sur mars était bien plus présente par le passé)

Une étude récente ajoute une théorie complémentaire qui pourrait expliquer cette déperdition  Elle évoque l’interaction entre l'eau autrefois présente dans la planète et les minéraux qui la composent. On sait que la fameuse couleur rouge caractéristique de Mars est due à des processus importants d'oxydation. les interactions complexes entre l'eau et les minéraux seraient une autre source possible expliquant la disparition de "l'eau liquide" sur Mars. Il existe d'ailleurs un certain nombre de minéraux caractéristiques d'une telle "hydratation" et l'argile est un exemple très commun d'un tel minéral. C'est également le plus répandu sur Mars, selon cette étude.

"La perte de l'eau dans la croûte martienne est au moins égale ou plus importante que l'échappement atmosphérique", dit-elle. Jusqu'à 99% de l'eau disparue de la surface martienne pourrait ainsi être emprisonnée dans les roches.

Source :

https://www.sciencesetavenir.fr/espace/systeme-solaire/ou-est-passee-l-eau-de-mars_152616

https://www.numerama.com/sciences/697334-et-si-une-partie-leau-sur-mars-etait-restee-piegee-dans-sa-croute.html

https://www.latribune.fr/entreprises-finance/industrie/aeronautique-defense/mais-ou-est-donc-passee-l-eau-de-mars-880192.html

Le nuage immobile

L'origine du mystérieux nuage martien récurrent enfin expliquée

Depuis plus de 50 ans, un mystérieux nuage intrigue les scientifiques. En effet, ils ont détecté depuis le début des années 70 un très mystérieux nuage long de 1500 km et large d'une trentaine de km Ce nuage apparaît quotidiennement plusieurs mois durant, sur l’un des plus grands volcans de la planète.

La sonde russe l'avait découvert donc il y a 30 ans, mais sa difficulté d'observation (il disparait régulièrement, et réapparait exactement à la même place). Les responsables de la mission d'observation construite autour de la sonde européenne Mars express ont été très intrigué de la redécouvrir en 2018 lors d'une observation de routine.

Le problème de cette découverte, c'est que le planning d'utilisation des instruments d'observation de la sonde ne permettait qu'une observation sporadique qui ne permettait pas une étude approfondie  C'est en utilisant un outil de routine de la sonde, une caméra visuelle appellée VMC qu'elle utilisait dans un but pédagogique autour d'opérations éducative qu'elle a pu se livrer à une observation prolongée. Il ne s'agit pas d'un dispositif sophistiqué, et il s'apparente plus a une Webcam qu'a un appareil de haute précision, mais il a permis une première approche avant de passer à des outils plus performants.

Celle-ci a permis d'établir le mode de réalisation du nuage : il se forme pendant plusieurs mois durant l'année terrienne, sur le flanc intérieur du volcan Arsia Mons avant le lever du soleil. Il s’élève alors jusqu’à une quarantaine de kilomètre d'attitude avant d’être dissipé sous les rayons du soleil  Là, des vents d’altitude l’étirent vers l’ouest à une vitesse atteignant 600 km/h, jusqu’à 1 800 km de là.

Les observations de la VMC ont été rapidement relayées par celles de la caméra stéréoscopique à haute résolution (HRSC) et par le spectro-imageur français Omega. Ce dernier a permis de donner la composition du nuage : de l’eau de l’Institut d’astrophysique spatiale de l’université de Paris-Saclay.

Source

https://www.lemonde.fr/sciences/article/2021/03/09/sur-mars-un-curieux-nuage-long-de-1-800-km-livre-ses-secrets_6072506_1650684.html

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Mars_Express/Mars_Express_unlocks_the_secrets_of_curious_cloud

https://www.lesechos.fr/idees-debats/sciences-prospective/incroyablement-long-et-mince-le-nuage-sur-mars-qui-intrigue-la-nasa-1297765

Pétition de scientifique parue comme tribune dans le journal "le monde" : contre l’instrumentalisation du doute 

La période ouverte par l’épidémie du Covid a été une période de crise ouverte pour nombre de scientifiques, singulièrement pour ceux qui ont une approche critique des rapports science/société. En effet, confronté à ce qu’on pourrait appeler un « populisme scientifique » (la vérité scientifique comme résultat des discussions informelles sur les réseaux sociaux), ces scientifiques se sont sentis instrumentalisés de toute part. Mais pendant le Covid, les intérêts financiers et politiques continuent d’exercer une pression dommageable pour la science. D’où cette pétition...

« La recherche publique doit se mobiliser pour se prémunir de l’instrumentalisation du doute scientifique »

Un collectif de chercheurs et de scientifiques appelle les pouvoirs publics, dans une tribune au « Monde », à être plus vigilants face aux lobbys, après la diffusion, à la télévision, de programmes proposant une vision « simpliste et trompeuse » d’enjeux environnementaux.

Tribune. La science est fréquemment invoquée pour éclairer le débat public sur des enjeux de société, notamment ceux liés à l’agriculture, à l’alimentation et à l’environnement. Sur ces sujets, nombre des résultats académiques récents mettent en évidence la nécessité de transitions radicales pour répondre à des défis environnementaux, énergétiques, agronomiques, sanitaires, sociaux et de bien-être animal pressants et interreliés. Ils s’appuient sur des connaissances, des méthodes et des données soumises à un processus exigeant qui en détermine le champ de validité. Mais ces transitions se heurtent à de multiples résistances d’acteurs diversifiés, dont certains scientifiques.

Ainsi, la recherche est souvent soumise à des pressions qui en sapent les fondements. Des travaux en histoire, sociologie et philosophie des sciences ont montré comment les doutes intrinsèques à la science sont instrumentalisés par les grandes industries pour ralentir et biaiser la production et le partage des connaissances qui pourraient leur nuire. Ce phénomène a été clairement exposé dans le documentaire La Fabrique de l’ignorance, récemment diffusé sur Arte. Les méthodes employées pour entretenir le doute ou faire diversion sont variées. Parmi les exemples avérés de l’application de cette stratégie, figurent le tabac, les pesticides, les OGM, le dérèglement climatique, le déclin des abeilles ou certains cancers environnementaux ou professionnels.

Les recherches touchant ces secteurs sont, de ce fait, la cible des marchands de doute. Or, les organismes de recherche en France restent mal armés pour prendre en compte cet enjeu. Il suffit de constater comment l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (Inrae) a mis en avant dans sa communication des émissions télévisées qui présentent toutes les caractéristiques des dispositifs de fabrique de l’ignorance.

L’émission récente « E = M6 » sur l’agriculture en fournit un bel exemple. Le présentateur, ingénieur agronome de formation, est président d’une société de production qui a pour clients de grands industriels de l’agroalimentaire. L’émission prétend comparer scientifiquement différentes formes d’agriculture pour informer sur leurs atouts et impacts et, ainsi, défendre la profession agricole, ce qui est louable. En réalité, il ne s’agit pas d’une démarche scientifique, malgré l’utilisation d’appareils dernier cri. De nombreuses omissions introduisent un biais sur les atouts et les limites des agricultures présentées. Ainsi, les pratiques agroécologiques (diversification des cultures et des paysages, rotations, intercultures, mélanges d’espèces, articulation culture-élevage, agroforesterie), dont la science a montré la pertinence pour répondre aux enjeux actuels, sont ignorées. La place excessive des productions animales n’est pas mentionnée. De telles approches, ne retenant que certaines dimensions, ne sont pas acceptables.

La recherche publique intervient également dans l’émission « C’est bon à savoir » [diffusée sur France Télévisions], sponsorisé par Aprifel, organisme de défense des intérêts des producteurs de fruits et légumes. Les épisodes d’une minute se parent des apparences de la rigueur scientifique pour faire passer les idées que l’usage des pesticides serait limité, sécurisé et sans effet sur la santé. Présentateur médecin, experts disant un texte préécrit : la science donne ici son aval pour justifier un message erroné sans évoquer les connaissances sur les dangers de ces produits pour des professionnels agricoles, pour les consommateurs et pour la biodiversité. En instrumentalisant la science, ces communications réduisent la problématique des pesticides à une vision simpliste et trompeuse de ses enjeux.

La communication n’est pas la seule impliquée : toute la recherche publique doit se mobiliser pour se prémunir de l’instrumentalisation du doute scientifique. L’influence d’intérêts économiques visant à retarder ou à brouiller les connaissances sur les impacts sanitaires, environnementaux ou sociaux des produits industriels doit être évitée à toutes les étapes et dans toutes les activités. Les expertises publiques devraient tenir compte, dans leur synthèse des connaissances, de possibles dévoiements de la littérature scientifique au service d’intérêts privés.

Nous défendons une science rigoureuse, exigeante, transparente, explicite sur ses incertitudes, favorable à la coconstruction des questionnements et des connaissances, et responsable face aux conséquences de leurs utilisations. Le contexte actuel de transition, qui appelle des priorités de recherche claires et ambitieuses mais suscite des résistances de la part des porteurs d’intérêts remis en cause, implique de rester ferme sur ces exigences. Nous appelons à une mobilisation de l’ensemble des acteurs et actrices de la recherche publique en ce sens, pour mieux répondre aux défis planétaires considérables qui nous engagent. En particulier, les fronts de science éclairant les dommages sanitaires et environnementaux doivent être protégés pour que la recherche publique puisse remplir sa mission vis-à-vis de la société.

Christine Argillier, écologue (Institut national de la recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement - Inrae) ; Fabienne Barataud, géographe (Inrae) ; Cécile Barnaud, géographe (Inrae) ; Sébastien Barot, écologue (Institut de recherche pour le développement - IRD) ; Marc Benoît, agronome (Inrae) ; Floriane Clément, géographe (Inrae) ; Marc Deconchat, écologue des paysages ; François Dedieu, sociologue (Inrae) ; Marion Desquilbet, économiste (Inrae) ; Michel Duru, agronome (Inrae) ; Eve Fouilleux, politiste (Centre national de la recherche scientifique - CNRS) ; Laurence Gaume, écologue (CNRS) ; Isabelle Goldringer, généticienne des populations (Inrae) ; Pierre-Henri Gouyon, biologiste (Muséum national d’histoire naturelle - MNHN) ; Laurence Huc, toxicologue (Inrae) ; Jean-François Humbert, écologue (Inrae) ; Etienne-Pascal Journet, agronome (CNRS) ; Claire Lamine, sociologue (Inrae) ; Sylvaine Lemeilleur, économiste (Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement - Cirad) ; Danièle Magda, écologue (Inrae) ; Olivier De Schutter, professeur à l’université catholique de Louvain (Belgique) et ancien rapporteur spécial des Nations unies sur le droit à l’alimentation ; Clélia Sirami, écologue (Inrae) ; Annie Thébaud-Mony, sociologue, (Institut national de la santé et de la recherche médicale - Inserm) ; Sylvie Vanpeene, écologue (Inrae) ; Aude Vialatte, agroécologue (Inrae) ; Florence Volaire, écophysiologiste (Inrae).

Le livre du mois : le monde caché des champignons par Merlin Sheldrake

Illustration : réseau fongique

Les champignons sont le réseau social des arbres forestiers - WSL

On connait très mal les champignons, ou plutôt les mycètes (le champignon à proprement parler n'étant que sa fructification sexuée) Il s'agit d'un autre régne du vivant, distinct tout autant des "animaux" que des "végétaux" (mais on a tendance aujourd'hui à le considérer plus proche des animaux que des végétaux. Il y a déjà quelques ouvrages sur le sujet mais celui-ci est effectivement d’une originalité remarquable sinon remarquée.

Cet ouvrage est rempli de multiples sources d'émerveillements qui rendent sa lecture passionnante.  Il offre en effet de multiples rapproche d’une univers à la fois méconnu et follement proche... Il est en plus d'une originalité tout a fait réjouissante. Le passage ou il traite des effets psychotropes des champignons est de ce point de vue une des chose les plus surprenante qui ait été donné de lire.

En effet son argumentaire est basé sur une caractéristique essentielle des mycètes, leur capacité a établir des réseaux et 0 entreprendre des relations complexes avec d'autres formes du vivant. On peut citer comme exemple les lichens, une alliance étroite entre mycètes et algues qui est sans doute une des premières formes du vivant sur la terre ferme... Mais il y a également  les alliances des réseaux mycorhizien établis entre les arbres et les champignons, dont on commence seulement a comprendre le fonctionnement, ceux entre les champignons et certains insectes que les mycètes manipulent sans scrupule, tout cela pour arriver à une alliance étonnante, celle des hommes et des mycètes sous forme de "champignons hallucinogènes".

Et pour cela l'auteur paye de sa personne et ingère force LSD (dont l'élément actif est tiré d'un mycète). En résulte un des passage les plus surprenants de la littérature scientifique de ces dernières années... Bref, au-delà de l'aspect purement scientifique de l'ouvrage, il y a également tout un fond culturel, poétique voir politique. Un ouvrage à lire !  

Présentation de l'éditeur :

Imaginez un organisme capable de vivre dans l’espace, ou de détruire les déchets les plus polluants, comme les mégots de cigarette. Imaginez un organisme à même de remplacer le cuir, le plastique, le béton. Imaginez encore un organisme en mesure de faire disparaître la radioactivité et de rattraper les dégâts environnementaux engendrés par l’activité humaine. Ce magicien aux multiples pouvoirs, c’est le champignon.

Le champignon… ou plutôt le fungus : les champignons n’étant que les fruits de ces organismes tentaculaires qui ont joué un rôle primordial dans le développement de la vie sur Terre. Sous nos pieds, dans nos corps, à l’abri des regards, les fungi participent à la vie de tous les systèmes vivants, nous maintiennent en bonne santé et nous aident à comprendre notre planète, notre façon de penser et de nous comporter.

Dans ce livre passionnant, Merlin Sheldrake nous offre un changement de perspective exaltant. Des levures au LSD, des truffes aux champignons qui relient les plantes entre elles dans le « Wood Wide Web », partez pour un voyage étonnant aux tréfonds de la terre

Une citation de l'auteur de l'ouvrage :

Il s'agit du récit de ma quête vers une compréhension de la vie fongique ; mais j'y raconte aussi l'empreinte que celle-ci a laissée sur moi et sur les nombreux êtres, humains ou autres, que j'ai croisés le long du chemin. "Que faire de la nuit et du jour, de cette vie et cette mort ?" écrit le poète Robert Bringhurst. "Chaque pas, chaque respiration roule tel un œuf vers le bord de cette question." Les fungi nous font rouler vers le bord de nombreuses questions. Ce livre découle de ce que j'ai appris en jetant un œil au-delà de certains de ces bords. Mon exploration du monde fongique m'a amené à réexaminer la plus grande partie de mes connaissances. L'évolution, les écosystèmes, l'individualité, l'intelligence, la vie : aucun de ces concepts n'était tout à fait comme je me les représentais. J'espère que ce livre assouplira vos certitudes, comme les fungi ont assoupli les miennes. 

Référence :

Merlin Sheldrake : le monde caché comment les champignons façonnent notre monde et influencent nos vies First Editions 2021 378 pages

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